致密砂岩储层水力加砂支撑裂缝导流能力

裂缝的导流能力对于水力加砂压裂效果影响很大,分析裂缝导流能力影响因素、研究如何增加裂缝导流能力,对于提高压裂增产效果具有重要意义。针对长庆油田安83区块致密砂岩储层的特点,使用Meyer软件对裂缝的各项参数进行模拟预测,考察了支撑剂类型、粒径、铺砂浓度、嵌入以及压裂液残渣对砂岩储层裂缝导流能力的影响,并进行了增产效果预测。结果表明:陶粒的导流能力远大于石英砂和树脂砂;低闭合压力下,粒径越大,导流能力越高,随着闭合压力的增大,大粒径支撑剂导流能力下降幅度较大;不同粒径组合支撑剂的导流能力下降幅度相比较于单一粒径支撑剂要平缓得多;铺砂浓度越高,裂缝导流能力越高;当闭合压力为70 MPa时,支撑剂的嵌入可使导流能力下降30.1%;压裂液残渣可使不同粒径支撑剂的裂缝导流能力出现不同程度的下降;增产倍数与裂缝导流能力成正比,当陶粒筛选目数10/20、20/40和40/60组合且比例为1∶3∶1时,增产倍数最大。在低渗透储层压裂现场应用,增产效果较好。     

致密油储层支撑剂嵌入导流能力伤害实验分析

致密油储层相比于致密气需要更高的支撑裂缝导流能力,而致密油泥质含量通常较高,支撑剂嵌入岩石较严重;常规支撑剂嵌入测试未考虑岩石矿物组成、力学性质及压裂液的影响,不能正确认识支撑剂嵌入对导流能力的影响,对铺砂浓度优化和支撑剂的优选带来较大的困难。对致密油岩样矿物成分及力学参数进行分析,分别使用不同液体浸泡岩心和非浸泡岩心,利用自行研制的嵌入和导流能力测试仪器进行嵌入测试。实验数据分析表明:闭合压力越大,支撑剂粒径越大,铺砂浓度越低,支撑剂嵌入深度越大;脆性矿物含量越高,粘土含量越低,嵌入深度越低;浸泡后的岩心较未浸泡岩心嵌入深度大,氯化钾溶液浸泡岩心较清水浸泡岩心嵌入深度低。研究表明加强压裂液的防膨能力和尽可能使用大粒径的支撑剂,能够有效降低支撑剂嵌入对导流能力的伤害。     

页岩储层支撑裂缝导流能力实验研究

为深入了解页岩储层支撑裂缝导流能力的大小及裂缝有效性,开展了支撑剂粒径、类型、铺置方式对导流能力影响的实验研究,并进行了循环应力加载模拟开、关井过程引起的地层应力波动对页岩储层导流能力影响的实验研究。结果表明:低闭合压力下,粒径越大,导流能力越高,随着闭合压力的增大,大粒径支撑剂导流能力下降迅速;支撑剂均匀铺置与完全混合铺置相比,前者导流能力较好;开、关井过程引起的地层应力波动对页岩导流能力的影响较大。以上因素的研究对压裂方案设计优化和现场施工具有一定的理论指导意义。     

高速通道压裂支撑裂缝导流能力实验评价

支撑裂缝导流能力是评价压裂施工效果的重要参数,通过室内导流能力实验,研究支撑剂粒径和段塞数、纤维浓度及其加入方式对高速通道压裂支撑裂缝导流能力的影响,并采用正交试验和灰色关联分析法分析各参数对支撑裂缝导流能力的影响程度。结果表明:支撑剂粒径越大,支撑裂缝的导流能力越强;支撑剂段塞数越多,通过增加支撑剂段塞数得到的支撑裂缝导流能力增幅越小;当闭合压力小于41 MPa时,支撑剂段塞数越多,支撑裂缝导流能力随着闭合压力的增大降幅越大;支撑裂缝导流能力随纤维浓度的增加而降低,以纤维包裹支撑剂这种纤维加入方式对支撑裂缝导流能力的影响最大;各参数对支撑裂缝导流能力影响程度由大到小依次为闭合压力、支撑剂段塞数、纤维浓度、纤维加入方式、支撑剂粒径。     

支撑剂嵌入深度计算模型

压裂施工后,支撑剂嵌入人工裂缝壁面会导致支撑缝宽减小、导流能力降低,严重影响压裂改造效果。为了明确闭合压力、弹性模量等参数对嵌入深度的影响,在弹性力学理论的基础上,建立了考虑缝面变形的支撑剂嵌入深度计算模型。应用该模型进行了实例计算,并对闭合压力、弹性模量、支撑剂粒径等参数进行了敏感性分析。计算结果显示,该模型准确度高、与试验测试结果符合良好,支撑剂嵌入深度随闭合压力的增大而增大,随弹性模量和支撑剂粒径的增大而减小。该研究对于优化压裂设计方案、增加施工成功率和准确评价压裂改造效果具有重要意义。     

致密油气藏支撑剂嵌入研究与分析

致密油储层自然条件下很难产出油气,需要进行大规模的压裂改造才能见到效果,支撑剂的选择直接影响压裂裂缝导流能力的大小,因此本章将分析支撑剂嵌入对裂缝导流能力的影响,主要采用实际地层岩板,使用仪器模拟地层条件,对不同铺砂浓度、闭合压力下支撑剂的嵌入进行研究,共计11种方案,总结支撑剂嵌入的影响因素及规律,为致密油气藏得压裂设计提供科学依据。     

页岩储层水力压裂支撑裂缝导流能力影响因素

支撑裂缝的导流能力是评价页岩储层水力压裂施工效果的一项重要参数,其大小受到多种因素影响。文中开展了支撑剂类型、颗粒大小、铺砂浓度等对支撑裂缝导流能力影响的室内实验研究。结果表明:陶粒的导流能力明显高于石英砂和覆膜砂,在低闭合压力条件下,20~40目陶粒的导流能力最大,在高闭合压力条件下,组合支撑剂的导流能力明显高于单一支撑剂;铺砂浓度越大,裂缝导流能力越大;循环应力加载模式下,裂缝导流能力比稳载时下降了31.7%,经过滑溜水和胍胶压裂返排液污染后,裂缝导流能力分别下降了33.9%和76.5%。研究成果指导了X-4井的现场压裂施工,该井措施后产气量较高且稳定生产,压裂增产效果较好。     

脆性页岩网络裂缝中支撑剂的沉降特性

与常规砂岩储层压裂形成的双翼平面裂缝不同,脆性页岩储层压裂形成的是网络裂缝.因影响网络裂缝与双翼裂缝中支撑剂沉降的因素不同,故通过理论公式推导、计算结果与现场数据验证的方式,研究了脆性页岩网络裂缝中支撑剂的沉降特性.结果表明,支撑剂颗粒沉降达到收尾速度的时间极短,网络裂缝中支撑剂的实际沉降幅度远远小于理论计算结果;网络裂缝中支撑剂沉降主要受网络裂缝复杂程度和页岩复合层理效应的影响,受携砂液体粘度的影响较小.在脆性页岩中,压裂后支撑剂回流是影响压裂缝高和裂缝导流能力的主要因素.压裂后,采用类似常规储层的快速放喷和强制闭合技术,会加大裂缝中支撑剂回流造成的导流能力损失,极端情况下甚至会使支撑剂全部回流,导致压裂裂缝闭合成为无效裂缝,最终影响脆性页岩储层压裂后的产量.长时间停泵可减少支撑剂回流,有利于保持裂缝的有效导流能力.     

支撑剂嵌入对煤岩水力裂缝导流能力的影响

为了研究煤层气井压裂中支撑剂嵌入对裂缝导流能力的影响,应用FCES-100裂缝导流仪,针对不同类型支撑剂嵌入对煤岩裂缝导流能力的影响进行了测试.实验表明,与砂岩地层不同,煤层的硬度较小,在较小的闭合压力下压裂中支撑剂嵌入情况较严重,导致导流能力降低.10 kg/m2铺砂浓度下,闭合压力为35 MPa时石英砂嵌入对导流能力的影响最大,此时导流能力下降36.4%,闭合压力为25 MPa时核桃壳嵌入对导流能力的影响最大,此时导流能力下降34.8%.当煤层闭合压力低于20 MPa时,应该优先选择核桃壳作为支撑剂;当煤层闭合压力高于25 MPa时,应优先选择石英砂作为支撑剂.所得出的结论对今后煤层气的研究工作及现场施工具有一定的指导意义.     

通道压裂支撑裂缝影响因素分析

为了检测通道压裂所能提供导流能力大小及裂缝的有效性,利用某地层构造的砂岩、页岩进行室内导流能力测试。实验结果表明:通道压裂纤维用量为0.6%比较合适;支撑剂粒径对裂缝的导流能力影响较弱,在相同铺砂浓度下,不同粒径间支撑剂的导流能力差别很小;铺砂浓度对通道压裂导流能力影响较大,大量的支撑剂嵌入对低铺砂浓度导流能力伤害较为明显,高闭合压力下易造成明显的导流能力损失;陶粒、石英砂、覆膜砂3种支撑剂,在相同铺砂浓度下,随着闭合压力的增加,导流能力逐渐下降,覆膜砂的导流能力优于陶粒、石英砂;在相同铺砂条件下,支撑剂在砂岩中的嵌入程度高于页岩,导致其导流能力低于页岩中的导流能力。同时全面分析总结了在通道压裂中,影响支撑剂嵌入的各种因素,从而对优化通道压裂具有一定指导意义。     

多重伤害机制下的疏松砂岩裂缝导流能力变化规律

为了明确支撑剂嵌入和微粒运移两种伤害机制对疏松砂岩裂缝导流能力的影响,以人工研制疏松砂岩岩样为研究对象,使用不同粒径的陶粒作为支撑剂,开展了悬浮液注入条件下的疏松砂岩导流能力试验,评价了工程和地质因素对支撑剂嵌入深度和裂缝导流能力的影响。结果表明,铺砂浓度增大能增强导流能力,悬浮液浓度、支撑剂目数和流量的增大会导致导流能力减弱。岩石胶结强度增大、闭合压力降低、支撑剂目数和铺砂浓度增加会使嵌入深度减小,有效缓解嵌入导致的裂缝剥蚀。其中,支撑剂目数增加会使得导流能力减小。相同条件下,流速越大导致导流能力减小,同时也会影响后续的裂缝导流能力。该研究对于后期的油井防砂工作具有重要意义。     

致密油储层支撑裂缝导流能力预测模型

压裂改造是提高致密油储层初始产量和最终采收率的有效手段,其中裂缝导流能力保持是压裂设计的目标之一。现有支撑裂缝导流能力预测模型由于考虑影响因素不全,理论计算值与实际值存在较大偏差,文章基于Kozeny公式,以弹性力学理论为基础,考虑支撑剂强度、粒径、铺砂浓度、闭合压力、支撑剂嵌入、破碎、支撑剂与裂缝壁面变形综合影响,推导出支撑裂缝导流能力预测数学模型,通过室内实验可以知道,不同类型支撑剂、不同闭合压力下的支撑剂裂缝导流能力相差较大,当闭合压力和铺砂浓度一定时,陶粒和树脂砂的裂缝导流能力远大于石英砂。在铺砂浓度相同条件下,支撑剂的粒径对裂缝导流能力的影响也很大,在闭合压力未达到支撑剂的最大抗压强度时,支撑剂的粒径越大,其裂缝导流能力就越高。利用文章新推出的模型预测实验支撑剂的裂缝导流能力,计算结果表明,预测值与实验值吻合度较高,说明新模型具有良好的实用性。从实验和计算结果可以看出,支撑剂嵌入、破碎、支撑剂与裂缝壁面变形对支撑裂缝导流能力影响较大。仅考虑单一影响并不能完全反映真实情况。文章研究成果为致密油储层在考虑支撑剂嵌入、破碎和变形等情况下的支撑剂强度、粒径、铺砂浓度等优选提供了参考。     

考虑支撑剂裂缝导流能力计算及缝内支撑剂运移模拟

裂缝导流能力是影响油气田产能的重要因素。根据支撑剂的最密排列以及Carman-Kozeny公式,结合弹性力学的相关知识,建立了考虑铺砂浓度、闭合压力、支撑剂粒径、支撑剂材料以及支撑剂嵌入的裂缝导流能力计算模型。结果表明:随着铺砂浓度的增加、支撑剂粒径的变大,裂缝的导流能力增大;低闭合压力的情况下支撑剂嵌入壁面对导流能力影响非常小,而在高压下支撑剂嵌入对导流能力影响稍大。该计算模型很好地结合了上述导流能力的影响因素,为油气田压裂生产提供了理论依据。     

页岩气藏压裂支撑裂缝的有效性评价

为了了解、掌握页岩气藏清水压裂缝网能够提供的导流能力大小及裂缝的有效性,利用四川盆地某构造的页岩进行了室内裂缝导流能力测试。实验结果表明：支撑剂浓度不足单层的情况时,闭合压力低于30 MPa,导流能力可与一定量的高浓度（多层）情况相当,但支撑剂嵌入和破碎显著增加,其导流能力不稳定,随时间增加可持续降低,闭合压力40 MPa时,20/40目陶粒嵌入程度可达71.8%,闭合压力进一步增大,裂缝将闭合失效;较低硬度的页岩支撑剂嵌入严重,导致低支撑剂浓度裂缝残余支撑缝宽不足,仅增加支撑剂粒径不足以克服嵌入影响,裂缝内需要有足够的支撑剂浓度,形成的缝网不能过于复杂;页岩黏土含量高,支撑剂充填层泥化严重,对支撑裂缝有效性的伤害不容忽视,可变形的树脂覆膜砂在一定程度上解决了支撑剂嵌入和充填层泥化问题。     

页岩储层吸水特征及其对裂缝导流能力的影响

页岩储层体积压裂后普遍存在压裂液返排率低的问题,大量压裂液滞留在储层内不仅会对页岩气的流动及解吸产生影响,还会影响到压裂后的裂缝导流能力。文中以四川盆地某区块龙马溪组页岩储层为研究对象,在分析了页岩储层特征的基础上,开展了页岩储层吸水能力实验,并评价了页岩吸水对裂缝导流能力的影响。结果表明:目标区块页岩储层具有超低孔、低渗、低初始含水饱和度的特点,且黏土矿物质量分数较高,具备较强的吸水性。页岩岩心在蒸馏水中的吸水能力最强,在地层水中次之,在滑溜水压裂液中最弱。由于页岩的吸水作用明显降低了裂缝表面的强度,导致支撑剂滑动或者嵌入,从而明显降低了支撑裂缝的导流能力。页岩导流板通入蒸馏水时裂缝导流能力下降幅度最大(83.02%),而通入滑溜水压裂液时裂缝导流能力下降幅度最小(39.13%)。因此,可以通过调整压裂液体系组成来抑制页岩储层的吸水作用,从而提高压裂液的返排率,降低页岩储层吸水对裂缝导流能力的影响程度。     

页岩气网络压裂支撑剂导流特性评价

页岩气水平井长缝网络压裂支撑剂铺置浓度低,嵌入伤害大,导流特性与常规油气藏不同,与北美页岩气水平井中短缝压裂也有明显差异。为评价不同类型支撑剂在低铺砂浓度下的导流特性,采集龙马溪组地层页岩露头制作试验岩样,使用 FCES-100 裂缝导流仪对陶粒、石英砂、覆膜砂3种类型支撑剂在不同粒径、不同铺砂浓度和不同闭合压力条件下的导流特性进行了评价。结果表明:支撑剂类型、闭合压力和铺砂浓度对页岩支撑裂缝的导流能力影响较大;中高闭合压力和低铺砂浓度条件下,覆膜砂的导流能力最大,陶粒次之,石英砂最小。评价结果可为页岩气ESRV（effective stimulation reservoir volume）网络压裂裂缝导流能力的优化、支撑剂的优选和压裂设计提供依据。      

页岩支撑裂缝长期导流能力测试方法及测试装置改造

常规砂岩储层加砂压裂后油气渗流通道主要依赖于支撑裂缝,而页岩气储层由于其典型的脆性特征,通过大规模体积压裂后会形成复杂的裂缝网络,页岩气渗流能力主要取决于支撑剂充填层裂缝和储层剪切滑移形成的自支撑裂缝,因此,室内页岩储层导流能力的测试应包括支撑剂充填层和自支撑裂缝的导流能力两部分。目前国内对于页岩支撑导流能力的测试方法大多还是借鉴常规支撑剂充填层导流能力测试方法,无论测试方法还是测试装备都有一定的不适应性,大部分国产支撑导流仪的闭合压力加载系统、流量控制系统不能满足页岩储层长期导流能力测试要求。文章提出了页岩支撑裂缝导流能力测试方法及支撑导流仪改进目标、改进方法、改进措施,为页岩气储层室内导流能力的实施提供了技术支撑,为页岩储层体积压裂支撑剂优选及压裂效果评价提供了保障。     

页岩气储层蠕变特性及其对页岩气开发的影响

页岩气储层渗透率极低,必须经过压裂改造才能形成有效产能,大量狭小自支撑裂缝在天然气解吸及流动中具有重要作用。页岩气储层生产周期长,人工裂缝导流能力对裂缝变形极其敏感。研究结果表明,页岩气储层具有一定的蠕变特性,并随着粘土含量的增加而增强。压裂改造后,储层会产生大量裂缝,裂缝闭合蠕变是蠕变形变的主要形式。裂缝的存在会使储层蠕变速率大幅度提高,并对裂缝导流能力产生不可忽视的影响。裂缝闭合蠕变速率与裂缝界面之间、裂缝界面与支撑剂间的相互作用有关,并与基质蠕变速率成正比。压裂改造形成的裂缝网络越发育、单裂缝宽度越小,蠕变对裂缝导流能力的影响越大。在页岩气数值模拟中,考虑裂缝闭合蠕变的累积产量与未考虑裂缝闭合蠕变的累积产量相差较大。同时,在地应力计算、储层可改造性、支撑剂和施工参数优选以及生产方式的选择等方面也应考虑蠕变的影响,保持流体压力有利于减小蠕变形变,维持裂缝导流能力,提高气井产能和采收率。     

多因素影响下的页岩支撑裂缝导流能力计算

针对页岩储层进行了大量导流试验,通过分析得到了支撑剂种类、粒径、闭合压力和铺砂浓度对页岩支撑裂缝导流能力的影响规律。同时,还研究了时间对于页岩支撑裂缝导流能力的影响。在综合考虑多种影响因素基础上,结合大量试验数据进行拟合得到计算页岩导流能力的多元回归函数式,对压裂方案设计优化和现场施工具有一定理论指导意义。     

南海低渗透储层支撑剂导流能力试验研究

针对南海低渗透储层油气采出程度低、压裂难以形成高导流能力人工裂缝的问题,通过室内试验分析了储层黏土矿物含量、不同粒径支撑剂组合方式和破胶液黏度对人工裂缝导流能力的影响。在试验条件下,储层黏土矿物含量从15%增至50%,20/40目支撑剂导流能力的降低率从13.84%增至31.34%;20/40目、30/50目和40/70目陶粒以3∶1∶1的比例铺置时最优,该组合最终导流能力为116.7 D·cm;破胶液黏度为1 mPa·s时,支撑剂导流能力最高。试验结果表明:随着黏土矿物含量增大,支撑剂导流能力逐渐降低;支撑剂的破碎主要由于支撑剂颗粒相互挤压而非与储层的相互作用;不同粒径支撑剂组合铺置时,大粒径支撑剂占比越大,导流能力越高;随着闭合压力升高,小粒径支撑剂破碎所造成的渗透率下降是造成导流能力降低的主要原因;破胶液黏度越低,支撑剂导流能力越高。研究结果可为南海低渗透油气藏压裂选层和优化压裂方案提供依据。